机器技术状态的变化规律

第一节　机器技术状态的变化规律

通常所说的技术状态，包括两个方面的含义：一方面是指机器的构造质量指标，包括每一零件、部件的结构、形状、尺寸、材料质量、加工精度、处理质量以及各配合件间的相对位置和相互配合关系等；另一种是基于上述条件，加之正确使用，机器所显示出来的技术经济性和使用可靠性等指标，包括功率（扭矩、转速、牵引力、速度）、生产率、能量、劳动量消耗、工作质量以及无故障连续工作时间等。

机器在运用中技术状态指标与出厂时技术鉴定所规定的要求发生了偏离（指不利方向），不论其大小，都认为这台机器的技术状态向坏的方面变化，而当变化到影响工作的程度，此时称为机器的技术状态恶化。

一、机器技术状态恶化的原因

当机器投入生产工作一阶段后，或者维护不善，机器的技术状况一定会慢慢变坏，只是变化过程有快慢而已。造成变化的主要原因有以下几个方面：

（一）零件的自然磨损

机器磨损包括零件表面磨损、磨料磨损和抓粘性磨损等。农业机器中各组合件，它们有相对运动时，会产生动摩擦，只有克服零件间的摩擦阻力，才能使机器转动起来，并且消耗发动机的一部分能量。有时零件间的运动种类和速度不一样，常会在摩擦表面出现有磨掉的碎块，使零件的相应质量下降。

磨损速度和量的大小与其摩擦力（F）有关。如曲轴和瓦在机器超负荷时，垂直于摩擦表面的力使轴、瓦磨损严重。又如在发动机起动时，零件开始运转要克服一定的静摩擦力，加上润滑条件恶劣，磨损也会加剧。

磨料磨损是农业机械在使用中最常遇到的、危害较大的一种磨损形式。磨料颗粒的来源有灰尘中的沙粒，摩擦过程中在摩擦表面产生的被破碎的氧化铁皮或铁屑，燃烧不完全时留下的炭渣和润滑油中所含的杂质等。虽然这些磨料粒度较小，但是，数量多，有的棱角尖锐，硬度大，在零件表面会出现沟痕。磨料磨损的强度与磨料的棱角大小、摩擦面间的相对速度和单位面积上的压力有关。压力大，磨损速度快，时间长，则行程沟痕愈深，被磨损的面积愈大。尤其当维护不善，拆装不注意清洁时，零件间将进入大料磨料，造成严重磨损，使机具技术状态急剧恶化。

抓粘磨损时常出现在零件间缺少或没有润滑油，摩擦表面产生高温的情况下，两个纯金属表面如同焊接一样粘在一起。当两摩擦表面相对移动时，焊接在一起的那部分就会被撕开。由于粘结交界处的金属机械强度大于基体金属。所以，撕开则发生在强度小的基本金属深层处。这种撕落是连锁式进行的。因此，磨损的强弱取决于材料的种类、载荷大小、接触面积、速度、润滑条件。一般同类材料容易发生抓粘磨损。

（二）零件的腐蚀

零件的腐蚀是自然现象。除了机器本身工作时所带来的无法避免的一些腐蚀外，还有农业机械长期在大自然田野中使用，受不同气候的交替侵袭的影响以及每年保管停歇时间较长而造成的锈蚀。

腐蚀可分为化学腐蚀与电化学腐蚀两类。化学腐蚀是金属和外部介质直接起化学作用的结果。例如，所用的机油中含有一定的酸类杂质。对机件和铜铅合金轴承皆有较强的腐蚀作用。若柴油中所含硫分过高，将对钢铁有较强的腐蚀作用。此外，在高温下工作的零件（排气门、燃烧室等）与高温空气中的氧等介质发生作用会形成烧坑或麻点等腐蚀。电化学腐蚀，主要是金属在有电解液存在的情况下产生的破坏作用，如发动机汽缸表面在低温工作时，燃油中的硫与汽缸壁上冷凝的水构成酸，使汽缸表面受电化学腐蚀的破坏等。

农业机械一般都有胶质或木质等零部件，而当木质件受到细菌和大气腐蚀后，即发生变质，使强度下降；胶质件（图轮胎）受到日光长期照射或油的侵蚀也会发生老化和龟裂现象。目前对腐蚀等规律尚未完全掌握，所以还不能完全避免。

（三）零部件的疲劳变形和松动

有些零件常由于受力后疲劳过度而断裂。疲劳原因在于零件不断受交变的外载负荷、较大的震动和应力集中等，先是有裂纹，而后发生剥落，最终将使零件断掉。机器上有些如弹簧、传动杆或支架，因使用调整不当或在超负荷下工作，都会发生变形现象而破坏了原有的作用性能。机器上的零部件也将产生因震动而引起的松动或错位。

（四）杂质堵塞

杂物或尘土不可避免地要进入到机器上一些用以循环油和水的孔道或缝隙中。随着时间的加长，沉积物不断增多，结果使孔道通过面积减少，甚至堵塞而给机器的技术状态带来不利影响。例如，机油泵吸盘滤网堵塞，使吸油不足，润滑不良；水垢过厚，造成散热性能变差；柴油中有水；冬季结冰或凝固管道而造成堵塞，甚至涨裂等。

从上述机器技术状态变化的一些原因来看，属于磨损、腐蚀、材料变质等所造成的影响，一般是逐渐变化的，时间经历较长；而属于紧固松动、疲劳破损和杂物堵塞等三种因素一旦发生，将使机器的技术状态发生快速变化，达到恶化地步，所以更应该加以预防。

二、技术状态的变化规律

对整台拖拉机而言，其技术状态好坏，集中表现在动力性能指标和经济性能指标上。而这些指标的改变，又是各具体系统和零部件等技术状态发生变化的综合体现。因此，常以发动机有效功率和耗油率的变化以及零部件的机械磨损过程为代表，分析其变化规律。

发动机有效功率可在测功器上或者作田间拉力试验求得。若每运用一段时间，对该拖拉机作一次功率测定，则可按下式求得发动机有效功率随运用时间而变化的数据：

式中：△N——某型号拖拉机发动机有效功率的下降率；

　　　N_发最大——该发动机原始或某次测定时的最大有效功率（马力）；

　　　N_发——发动机在该次测定时的有效功率（马力）；

　　　t——相连先后两次测定间的一段时间（h）。

若将每段时间内该拖拉机的功率下降率加以平均，即可得出平均功率下降率：

式中：△N_平均——该段时间内平均功率下降率；

　　　n——测定次数。

若用图解表示则如图3-1所示，其中：

△N=tgα

图3-1　发动机有效功率下降率

可见，α角既能代表功率下降的趋势，也可看作是发动机技术状态的变化趋势。当测定发动机功率时，可相应的测出该发动机的小时燃油消耗量。根据实测结果，可证明柴油发动机的小时耗油量在一定限期内接近于常数。因此，耗油率将随发动机功率的下降而增高。

为了找出拖拉机发动机主要零件的磨损与有效功率、耗油率之间的函数关系，根据试验积累的数据，提出下列经验公式：

式中：A、B——常数；

　　　v₀——发动机某配合件的原始测定间隙（mm）；

　　　v——发动机某配合件该次测定经过磨损后的间隙（mm）；

　　　α——有效功率下降或发动机磨损的倾斜角。

小时耗油量Q可在一定时限内视为常数，则耗油率ge与发动机零件磨损的分析关系为正割曲线，而发动机有效功率的下降则按余弦曲线关系变化。发动机有效功率的下降和耗油率的增加存在着一定的关系。这种关系如图3-2呈双曲线形状，而且曲线的渐近线为横纵坐标轴，其关系式为：

式中：a——常数。

图3-2　当零件磨损时，发动机功率下降与耗油率的增长之间的关系曲线

（a）缸筒磨损时　（b）气门间隙增大时

当已知某拖拉机发动机允许有效功率和耗油率的使用极限后，就可根据上述规律确定其需要停车进行维护以恢复其性能的周期。配合零件的机械磨损随着时间的增长虽在数量上各有差异，但通过多年的观察、试验，二者的关系具有一定的规律性。研究这一规律性，对正确运用有很大意义。若以工作时间为横坐标（t），零件的磨损为纵坐标（H），则归纳大量的检测数据可绘成图3-3所示的零件的磨损典型曲线。

从零件磨损曲线图上可以看出，磨损量是随着机器工作时间的延长而增加的。整个磨损曲线，明显地划分为三个区段：

在第一区段（OA）内，磨损量急剧增加，很快由装配间隙达到初间隙，这一阶段为磨合阶段。机器使用初期，由于配合件表面仍有一定的微观粗糙度存在，实际接触面积较理论上的承压面积小。因此，在较大的单位压力作用下，则磨损量以较大斜率明显上升。

在第二阶段（AB）内，磨损量的增长明显缓慢，称为零件的使用期。磨损缓慢的原因主要是由于配合件的表面具有较理想的、光滑的支撑面积，单位压力也随之降低。

在第三阶段（BC）内，由于使用中的累计磨损量已超过允许值，零件间的间隙也超过了允许范围，故引起了冲击载荷及响声，油膜遭到破坏，润滑条件恶化，若继续工作，磨损量将迅速增大，最后使零件损坏。故称为是事故性磨损阶段。

图3-3　零件磨损与时间增长的典型曲线

三、延长机器使用寿命的维护措施

从零件磨损规律三个阶段可以看出，要想延长AB段的时间，就应减少曲线的倾斜度，以达到延长使用寿命的最好效果。为此可在第一阶段中采取减轻机器的初级负荷和加强润滑与及时排除金属磨削等措施。在第二阶段的正常使用期，必须加强对机器的维护工作（如清洁、润滑、调态、紧固等），妥善保管机器；同时还要正确操作机器，以求得进一步延长使用期。在第三阶段，应加强检查及时排除故障，同时还要采取一定的修理手段。

归纳以上各点，根据零件磨损规律而采取的对应维护措施，如下：

将上述这些延长机器使用寿命的措施加以整理和完善后所确定的制度，统称为计划预防维护制度。它的内容包括：第一，农业机器的交接、试运转及技术档案的建立。第二，农业机器的技术保养。第三，农业机器的正确操作。第四，农业机器的不拆卸检查及故障排除。第五，农业机器的修理。第六，油料的正确使用与管理。第七，农业机器的保管。

必须指出，计划预防维护制度既然是根据科学研究结果与实际生产经验的积累而制定的，因此，各使用单位皆应有组织地加以贯彻。实践证明，是否认真执行这一制度，运用效果截然不同。随着科学水平的不断提高及使用经验的不断丰富，也将使这个制度的具体环节得到进一步的补充和修改。